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[我问你答] UG模具设计之挤压模具设计原则

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发表于 2022-5-5 15:07 | 显示全部楼层 |阅读模式
本帖最后由 n5tznpz 于 2022-5-5 15:11 编辑
  V0 v" B) F  D6 W
, s( c9 X# K! P6 F8 I% ^9 `概 述
' i! |3 e9 e1 f8 d+ g/ \* i- h
! l1 e7 Z7 Y# N9 q
塑料挤出成型是用加热的方法使塑料成为流动状态,然后在一定压力的作用下使它通过塑模,经定型后制得连续的型材。挤出法加工的塑料制品种类很多,如管材、薄膜、棒材、板材、电缆敷层、单丝以及异形截面型材等。挤出机还可以对塑料进行混合、塑化、脱水、造粒和喂料等准备工序或半成品加工。因此,挤出成型已成为最普通的塑料成型加工方法之一。1 t6 d- L8 S* a, D8 S; H

3 p6 T6 V' F% F+ M2 @用挤出法生产的塑料制品大多使用热塑性塑料,也有使用热固性塑料的。如聚氯乙烯、聚乙烯、聚丙烯、尼龙、ABS、聚碳酸酯、聚砜、聚甲醛、氯化聚醚等热塑性塑料以及酚醛、脲醛等热固性塑料。
3 I; W, `2 Q$ r

; W) t- L3 n1 {, C: f挤出成型具有效率高、投资少、制造简便,可以连续化生产,占地面积少,环境清洁等优点。通过挤出成型生产的塑料制品得到了广泛的应用,其产量占塑料制品总量的三分之一以上。因此,挤出成型在塑料加工工业中占有很重要的地位。
6 O( x" O, B4 H0 O2 |- ~  z% o

+ n) d4 B9 Z! R& g: w
! f, `; o% H- ~; _( g) G
挤出成型机头典型结构分析
. E9 w  t' d- c3 D6 B

( l3 M# b7 j$ N; ]机头是挤出成型模具的主要部件,它有下述四种作用。
2 A5 F- [( J& y7 \( ?9 }- ?2 L  ^  S$ b9 o; _7 v
(1)使物料由螺旋运动变为直线运动。. n4 ^: M% s# j/ B) a0 x

4 ~* N* Q) Q" h9 H% K4 g2 r(2)产生必要的成型压力,保证制品密实。9 h+ I* k$ h" ?, g: S7 \

1 `" o) g. {$ ^0 j7 a9 x(3)使物料通过机头得到进一步塑化。
9 k* I1 K* V6 R" f

( q$ s6 {6 `; K* O(4)通过机头成型所需要的断面形状的制品% O5 r  O* F& k$ d; _) @
) f# O7 e% k0 ]' w' G6 M% I- E  G! W
现以管材挤出机头为例,分析一下机头的组成与 结构,见图所示
1 ~  K0 d! B% v# D$ E0 i) ]! [8 P0 N4 x0 K2 J- S
1.png ! M1 v2 N5 a* H$ D6 W

8 g/ ?5 T" r. j1 f! k! \4 g8 x% l
! c/ T! b. I7 l% V' t; D3 M" V% ]) q: b: t- u+ A
# ^2 W  D, Q0 [# |$ N8 O
 楼主| 发表于 2022-5-5 15:12 | 显示全部楼层
1.口模和芯棒
7 L8 T2 r0 D# Q5 U+ W* o2 O; i2 Y
3 b4 i, ~# ~, \; J. E口模成型制品的外表面,芯棒成型制品的内表面,故口模和芯棒的定型部分决定制品的横截面形状和尺寸。
0 X8 s1 b2 d5 S0 ]8 `/ S1 k% E

: M6 C  Q! K( e. Q$ @2.多孔板(过滤板、栅板); m; s8 x1 j; \" v* W: f! a3 }/ h( @

# q" t* }% ^# z# g( N如图8-2所示,多孔板的作用是将物料由螺旋运动变为直线运动,同时还能阻止未塑化的塑料和机械杂质进入机头。此外,多孔板还能形成一定的机头压力,使制品更加密实。
5 n- B/ p0 S# U8 G& ~% [9 F
1 B( X: e4 y( t& b9 H3 v! x
2.png 1 z1 m# C3 C- f! ?' b
* L9 i# i" C# J; j- V
3.分流器和分流器支架
4 j& S+ J4 f! i( o  l. w7 y- D

& o( Y7 p/ g# z! f分流器又叫鱼雷头。塑料通过分流器变成薄环状,便于进一步加热和塑化。大型挤出机的分流器内部还装有加热装置。, p+ o6 J# S2 u' r% z
. U8 l$ a- g* O3 A4 q
分流器支架主要用来支撑分流器和芯棒,同时也使料流分束以加强搅拌作用。小型机头的分流器支架可与分流器设计成整体。
9 s' F7 o7 M8 r6 T- _. \9 s, G" h2 S; w% X+ N4 ^
4.调节螺钉
' w, p. U  F6 _* ]
9 D1 h2 Z- ?8 ]) r5 ?& \6 U用来调节口模与芯棒之间的间隙,保证制品壁厚均匀。
( |4 I' s7 Z2 R) a$ s! f9 e; T. I& H' z8 b0 I
5.机头体
" @# _8 U1 y5 _# M8 X

9 f+ m1 u' M1 l! [' P$ M+ T$ o9 U用来组装机头各零件及挤出机连接。$ q, K1 X0 v; V- X; h

' d/ e& x/ Y  J  N/ y7 l' B$ c6.定径套
, T% y  y+ r! t/ q( u( @7 Q8 B; Q3 F5 ?# i7 R- J
使制品通过定径套获得良好的表面粗糙度,正确的尺寸和几何形状。
  q4 o8 p  U9 h; o% n, W6 C/ i& y, L$ A) B, r: T
7.堵塞
: B/ e4 R7 r& S' i5 ~

; k* {" `* W5 q7 ~' r4 {0 E( X) s7 J防止压缩空气泄漏,保证管内一定的压力。
0 u4 A  a  e# G/ X* U% ]1 O6 |! g' X

, {* @  U: x6 Z9 `
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 楼主| 发表于 2022-5-5 15:13 | 显示全部楼层
挤出成型机头分类及其设计原则% L; c  W4 @* i1 S

' Q4 M8 M/ j! p- e2 X% ]/ ?1.分类
1 ~: Q; W6 S- `/ s8 ~

6 z2 p+ m5 r- R) s7 G* W- _* |由于挤出制品的形状和要求不同,因此要有相应的机头满足制品的要求,机头种类很多,大致可按以下三种特征来进行分类:, _8 V7 R$ Q  b- e' w' Y
1 K* Z( W! {: S! M+ ]$ P
(1)按机头用途分类
/ u: U$ e9 L% P1 Y, k& V/ Z" D
) d& i- n  u& w3 S6 P- s
可分为挤管机头、吹管机头、挤板机头等;7 v/ I) T) H# E# B9 r
. M$ t' S3 G1 c- A( m* {( ?1 ]
(2)按制品出口方向分类1 x8 B- \2 `( ^9 x' V9 I
4 ~& ~3 i. D9 `
可分为直向机头和横向机头,前者机头内料流方向与挤出机螺杆轴向一致,如硬管机头;后者机头内料流方向与挤出机螺杆轴向成某一角度,如电缆机头;! D$ d$ V' z8 A1 y( y6 v, _' G  p

3 X/ S! j! d4 X(3)按机头内压力大小分类; \% K7 c/ o7 y# g4 F
. ]: W1 L+ c3 k( ]  z/ c4 S* H+ T
可分为低压机头(料流压力为MPa)、中压机头(料流压力为4-10MPa)和高压机头(料流压力在10MPa以上)
' a! m) F4 @; H0 s( G
3 h/ O$ m, [; n# U6 Q9 M" g$ B4 O, \
2.设计原则! \3 X% [; `# G' G1 n7 i

3 a& b" T1 |2 u. \8 g2 b% {& H" Z(1)流道呈流线型
2 a" ]& K3 ^& ]& ?

; I% _, u- v* |/ n4 f7 l" v为使物料能沿着机头的流道充满并均匀地被挤出,同时避免物料发生过热分解,机头内流道应呈流线型,不能急剧地扩大或缩小,更不能有死角和停滞区,流道应加工得十分光滑,表面粗糙度应在Ra 0.4um以下。
6 T$ q) C0 z% E' b
4 f' M& Q6 w* w" Y
(2)足够的压缩比5 h  @. T4 }3 g' a
# X; J+ }7 e3 T' M- z# N9 f1 ^
为使制品密实和消除因分流器支架造成的结合缝,根据制品和塑料种类不同,应设计足够的压缩比。
# o9 e1 d5 r5 I
) C; L7 g8 G, u( w: w' Z( x7 V" F
(3)正确的断面形状
4 ]0 ?! e: |0 e. v
, u# e* I2 ]* R2 F  H7 v0 B! ]机头的成型部分的设计应保证物料挤出后具有规定的断面形状,由于塑料的物理性能和压力、温度等因素的影响,机头的成型部分的断面形状并非就是制品的相应的断面形状,二者有相当的差异,设计时应考虑此因素,使成型部分有合理的断面形状。由于制品断面形状的变化与成型时间有关,因此控制必要的成型长度是一个有效的方法。6 z  g* ?/ Q- }/ n

# ^3 G; ^' b. p' M" g% U(4)结构紧凑- U; \1 E4 o5 l" |7 }# e# N! ]: m9 T
2 b$ n* j7 E2 J" u/ n- J, j
在满足强度条件下,机头结构应紧凑,其形状应尽量做得规则而对称,使传热均匀,装卸方便和不漏料。
: ^$ n' x5 ]9 A; o. b; H
" K' y& w0 W; C+ i  n
(5)选材要合理
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$ ^, w1 I$ X0 ]4 Y0 H
由于机头磨损较大,有的塑料又有较强的腐蚀性,所以机头材料应选择耐磨、硬度较高的碳钢或合金钢,有的甚至要镀铬,以提高机头耐腐蚀性。
: J# d& G8 h9 q# ?) ~% T
5 @7 U& n' T- s7 M( g1 C, F9 m" H
此外,机头的结构尺寸还和制品的形状、加热方法、螺杆形状、挤出速度等因素有关。设计者应根据具体情况灵活应用上述原则$ ~* Z" Q6 P' U: i. _
2 H, E3 U* r6 v; m# E6 A2 G  c! ~
) b' h: e( p/ b6 p) t! m5 N* @3 j" A
典型挤出机头及设计8 D: U! {- Q: N& E. }9 }8 ~' f
7 y7 D4 f: i5 [. \1 o* p4 q
常见的挤出机头有管材挤出机头、吹管膜机头、电线电缆包覆机头、异形材料挤出机头等。9 ]6 ~+ F' b/ g% o: R/ N2 g1 O
管材挤出机头及设计
/ I/ C7 k4 a; C0 i! I& @: K4 a) O1 f' B& `

4 o+ ]: _' A! l$ A
2 v& M( x5 I! M2 G+ w
/ n$ Y( S$ j- s% b% |* v4 J
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 楼主| 发表于 2022-5-5 15:15 | 显示全部楼层
1.管材挤出机头的结构形式
9 C. W9 Z: M/ {) e& l3 V/ ], R& l
$ o9 P8 q! ?& K常见的管材挤出机头结构形式有以下几种:; y9 [! o! s# u7 z" I; D3 V

8 e7 l+ R7 j; Q( H- V9 |9 m/ g(1)直管式机头 图8-3为直管式机头。其结构简单,具有分流器支架。芯模加热困难,定型长度较长。适用于PVC、PA、PC、PE、PP等塑料的薄壁小口径的管材挤出。
7 M  z  M5 k2 i5 m* z
2 l  l/ x( |6 v% M% ]
(2)弯管式机头 图8-4为弯管式机头。其结构复杂,没有分流器支架,芯模容易加热,定型长度不长。大小口径管材均适用,特别适用于定内径的PE、PP、PA等塑料管材成型。
: O% x$ o5 P: A% O- m- y4 l
4 t' D2 H' ]6 p(3)旁侧式机头 图8-5为旁侧式机头,结构复杂,没有分流器支架,芯模可以加热,定型长度也不长。大小口径管材均适用。% j4 _2 ?* |& ]6 a8 ~
2 k+ Z6 Z/ B1 M8 L3 o0 h
2.管材挤出机头零件的设计
) a; H. q: e7 x' x9 C) [  L
, t$ {$ p& {/ V" B* j8 Q; c( q
(1) 口模  M, L) M* s3 k( C

2 k$ ?2 V2 s" M口模是成型管材外表面的零件,其结构如图8-6所示。口模内径不等于塑料管材外径,因为从口模挤出的管坯由于压力突然降低,塑料因弹性恢复而发生管径膨胀,同时,管坯在冷却和牵引作用下,管径会发生缩小。这些膨胀和收缩的大小与塑料性质、挤出温度和压力等成型条件以及定径套结构有关,目前尚无成熟的理论计算方法计算膨胀和收缩值,一般是根据要求的管材截面尺寸,按拉伸比确定口模截面尺寸。所谓拉伸比是指口模成型段环隙横截面积与管材横截面积之比。7 i% f8 t; `# O; w2 v

2 m4 K6 R$ `( p5 L 3.png / _4 |  W+ q2 }4 o5 M. _3 k+ R* k; q3 }$ Q

4 W- |4 B! }- U4 \/ a, k
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